板带轧机系统自动控制

1. 板带轧机系统自动控制 燕山大学 机械工程学院 板带轧机系统自动控制 1

2. 第四讲 第2章轧制过程设定 • 2.1 轧制力模型 • 2.2 压下方式 • 2.3 负荷分配方法 • 2.4 辊缝设定 • 2.5 速度设定 • 2.6 轧制过程中的张力 板带轧机系统自动控制 2

3. 2.4 辊缝设定 Si = hi – (P – P0)/M + (δ – δ0) + SF – S″0（2-21） Si ——i机架的辊缝设定值； hi ——i机架的轧制出口厚度； P ——轧制力模型的计算结果； P0 ——人工零位时的预压靠力； δ ——液体摩擦轴承油膜厚度； δ0 ——对应于人工零位时的油膜厚度； SF ——弯辊力造成的辊缝变化； S″0 ——轧制过程中空载辊缝的变化量，特指压下调节以外 的变化量，包括轧辊热膨胀ST、轧辊磨损SW以及一 些其他因素SA，记为S″0 = ST + SW + SA。 板带轧机系统自动控制 3

4. 2.5 速度设定 • 如何使稳速轧制速度能尽可能高又不超过机电设备能力及工艺条件的限制。 • 速度设定的基本模型是流量方程和前滑模型。 • 2.5.1 流量方程 • 2.5.2 前滑模型 • 2.5.3 速度设定 板带轧机系统自动控制 4

5. 2.5 速度设定 • 2.5.1 流量方程 BhL/t = Bhυ = 常数 1. 单个机架变形区入口和出口的流量方程 Hυ0 (1-β) = hυ0 (1+f) 2. 多个机架的流量方程 hi υ0i (1+f i) = hnυ0n (1+fn) 板带轧机系统自动控制 5

6. 2.5 速度设定 • 2.5.2 前滑模型 f = hγ /h - 1 = (R /h)γ2 1. 采利柯夫公式 2. Bland-Ford公式 3. SIMS公式 4. 前滑简化公式 5. 前滑统计公式 板带轧机系统自动控制 6

7. 2.5 速度设定 • 2.5.3 速度设定 连轧的速度设定分为以下两个部分： （1）主令速度υMR 控制整个机组同步加减速，0% ~ 100%。 （2）各机架相对速度设定值υSRi 一般按秒流量来设定。 各机架任意时刻的带钢速度υi表示为 υi = υSRi (1 + fi) υMR 板带轧机系统自动控制 7

8. 2.5 速度设定 • 2.5.3 速度设定 1. 穿带速度 2. 末架最大出口速度 3. 各机架相对速度设定值 4. 各机架穿带及稳态轧制时主令速度设定值 板带轧机系统自动控制 8

9. 2.6 轧制过程中的张力 • “秒流量”完全相等是实现无张力轧制的理想状态。实际轧制中影响机架间张力的工艺参数如压下量、轧制压力、轧制力矩、轧制速度、前滑等。 • 连轧过程中张力相互传递的影响作用，是极为活跃的变化因素。 • 2.6.1 张力的产生 • 2.6.2 张力的种类和作用 • 2.6.3 连轧张力方程 • 2.6.4 控制张力的基本方法 板带轧机系统自动控制 9

10. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.1 张力的产生 在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件上不同部位处的金属有相对位移而产生张应力，平均单位张应力σTm与所作用的横截面积A的乘积就是作用在轧件上的张力T 。 板带轧机系统自动控制 10

11. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.1 张力的产生 ε = Δl/l0 σ = Eε → σT0 = Eε d(σT0) = E·dε = E·d(Δl/l0) = (E/l0)·d(Δl) = (E/l0)· (υb – υa)dt σT0 = (E/l0)·∫(υb – υa)dt T0 = (AE/l0)·∫(υb – υa)dt 板带轧机系统自动控制 11

12. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.1 张力的产生 υa→υa+Δυa；υb → υb+Δυb σT = (E/l0)·∫[(υb + Δυb) – (υa + Δυa)]dt = σT0 + ΔσT T = (AE/l0)·∫[(υb + Δυb) – (υa + Δυa)]dt = T0 + ΔT ΔσT = (E/l0)·∫(Δυb – Δυa)dt ΔT0 = (AE/l0)·∫(Δυb – Δυa)dt 板带轧机系统自动控制 12

13. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.2 张力的种类和作用 与轧制方向一致的张力称为前张力，用TF（T1）或σF（σ1）表示； 与轧制方向相反的张力称为后张力，用TB（T0）或σB（σ0）表示。 （1）防止轧件跑偏 （2）使所轧带钢板形平直 （3）降低金属的变形抗力和变形功 （4）能适当调节主电动机的负荷 （5）能适当地调节带钢的厚度 板带轧机系统自动控制 13

14. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.3 连轧张力方程 （1）稳态张力分析 连轧过程从一个稳态转到另一新的稳态后张力的变化量 （2）动态张力分析 连轧过程从一个稳态转到另一新的稳态的张力变化过程 板带轧机系统自动控制 14

15. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.3 连轧张力方程 两个机架的张力公式 υi ≠ υ′i+1 σT = (E/l0)·∫(υ′i+1 – υi)dt T0 = (AE/l0)·∫(υ′i+1 – υi)dt υi = υ0i ·(1 + fi ) υ′i+1 = υ0(i+1) ·(1 – βi+1) 板带轧机系统自动控制 15

16. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.3 连轧张力方程 两个机架的张力公式 设 f = f0 ·(1 + a1·σT)，β = β0 ·(1 + a2·σT) υi = υ0i ·(1 + f0i + f0i ·a1·σT) υ′i+1 = υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) – β0(i+1)·a2·σT) dσT/dt = (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) – β0(i+1)·a2·σT) – υ0i ·(1 + f0i + f0i ·a1·σT)] = – (E/l0)·(υ0(i+1) ·β0(i+1)·a2 – υ0i ·f0i ·a1)σT + (E/l0)·[υ0(i+1) · (1 – β0(i+1)) – υ0i ·(1 + f0i)] 板带轧机系统自动控制 16

17. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.3 连轧张力方程 多机架连轧的张力公式 fi = f0i ·(1 + aFi ·σTFi – aBi·σTBi) βi = β0i ·(1 – a′Fi ·σTFi + a′Bi·σTBi) fi = f0i ·(1 + aFi ·σTi – aBi·σT(i–1)) βi = β0i ·(1 – a′Fi ·σTi + a′Bi·σT(i–1)) 板带轧机系统自动控制 17

18. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.3 连轧张力方程 多机架连轧的张力公式 dσT/dt = (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) + β0(i+1)·a′F(i+1)·σT(i+1) – β0(i+1)·a′B(i+1)·σTi) – υ0i ·(1 + f0i + f0i ·aFi ·σTi – f0i ·aBi ·σT(i–1))] = (E/l0)·[υ0(i+1) ·β0(i+1)·a′F(i+1)·σT(i+1) – (υ0(i+1) ·β0(i+1)·a′B(i+1) + υ0i ·f0i ·aFi)·σTi + υ0i ·f0i ·aBi ·σT(i–1)] + (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1)) – υ0i ·(1 + f0i)] 板带轧机系统自动控制 18

19. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.4 控制张力的基本方法 （1）间接法 （2）直接法 板带轧机系统自动控制 19

20. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.4 控制张力的基本方法 （1）间接法 MD = TD/(2i) + M0 + Md = CM·Φ·In 板带轧机系统自动控制 20

21. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.4 控制张力的基本方法 • （1）间接法 • 在恒速卷取时，Md = 0，同时考虑到空载转矩较小，可忽略不计，于是张力可表示为 • T = 2CM·i(Φ·In/D) = KM(Φ·In/D) • 维持In =常数和Φ/D =常数来维持张力恒定 • 使In正比于D/Φ来维持张力恒定 板带轧机系统自动控制 21

22. 2.6 轧制过程中的张力 • 2.6.4 控制张力的基本方法 （2）直接法 一是利用张力计测量实际的张力，并将它作为张力反馈信号，使张力达到恒定； 二是利用活套建立张力，由活套位置发送器给出信号，改变卷取机的速度，维持活套大小不变，从而控制张力恒定。 控制系统简单，控制精度高；不易稳定 板带轧机系统自动控制 22

23. End 板带轧机系统自动控制 23